高考物理一輪復(fù)習(xí) 第六章 機(jī)械能 第5講 實(shí)驗(yàn)：探究動能定理課件

第5講實(shí)驗(yàn)：探究動能定理知識梳理知識梳理實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置橡皮筋、小車、木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、鐵釘?shù)取?shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟用一條橡皮筋拉小車用一條橡皮筋拉小車做功做功W0;用兩條橡皮筋拉小車用兩條橡皮筋拉小車做功做功2W0;用三條橡皮筋拉小車用三條橡皮筋拉小車做功做功3W0;測出每次小車獲得的速度測出每次小車獲得的速度;分別用各次實(shí)驗(yàn)的分別用各次實(shí)驗(yàn)的v和和W繪出繪出v-W,v2-W,v3-W,-W關(guān)系圖關(guān)系圖;找出v與W間的關(guān)系W=mv2。12v121.(多選)在“探究動能定理”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)是用下面的方法和器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的:放在長木板上的小車,由靜止開始在幾條完全相同的橡皮筋的作用下沿木板運(yùn)動,小車?yán)瓌庸潭ㄔ谒厦娴募垘?紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。關(guān)于這一實(shí)驗(yàn),下列說法中正確的是()A.長木板要適當(dāng)傾斜,以平衡小車運(yùn)動中受到的阻力B.重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí),雖然用到橡皮筋的條數(shù)不同,但每次應(yīng)使橡皮筋拉伸的長度相同C.利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車的速度時(shí),應(yīng)選用紙帶上打點(diǎn)最密集的部分進(jìn)行計(jì)算D.利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車的速度時(shí),應(yīng)選用紙帶上打點(diǎn)最均勻的部分進(jìn)行計(jì)算ABD答案答案ABD在本題的實(shí)驗(yàn)中,由于小車在運(yùn)動中受到阻力(摩擦力和紙帶的阻力),所以要使長木板適當(dāng)傾斜,以平衡小車運(yùn)動過程中受到的阻力。重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí),為了使橡皮筋對小車所做的功與它的條數(shù)成正比,所以用到橡皮筋的條數(shù)雖然不同,但每次應(yīng)使橡皮筋拉伸的長度相同。利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車的速度時(shí),由于要計(jì)算的是小車不受橡皮筋的彈力后勻速運(yùn)動的速度,所以應(yīng)選用紙帶上打點(diǎn)最均勻的部分進(jìn)行計(jì)算,故A、B、D選項(xiàng)是正確的。2.某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能定理”。如圖,他們將拉力傳感器固定在小車上,用不可伸長的細(xì)線將其通過一個(gè)定滑輪與鉤碼相連,用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器,記錄小車通過A、B時(shí)的速度大小。小車中可以放置砝碼。(1)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下:測量小車小車和拉力傳感器的總質(zhì)量M1;把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上,另一端通過定滑輪與鉤碼相連;正確連接所需電路。將小車停在C點(diǎn),由靜止釋放小車由靜止釋放小車,小車在細(xì)線拉動下運(yùn)動,記錄細(xì)線拉力及小車通過A、B時(shí)的速度。在小車中增加砝碼,或減少鉤碼數(shù)減少鉤碼數(shù),重復(fù)的操作。(2)下表是他們測得的一組數(shù)據(jù),其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和,|-|是兩個(gè)速度傳感器記錄速度的平方差,可以據(jù)此計(jì)算出動能變化量E,F是拉力傳感器受到的拉力,W是F在A、B間所做的功。表格中的E3=0.600,W3=0.610。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)22v21v次數(shù)M/kg|-|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.4322v21v(3)根據(jù)圖表,請?jiān)趫D中的方格紙上作出E-W圖線。答案答案(1)小車由靜止釋放小車減少鉤碼數(shù)(2)0.6000.610(3)如圖所示解析解析(1)略。(2)由表中數(shù)據(jù)得E3=M|-|=0.600JW3=FL=0.610J(3)略。1222v21v深化拓展深化拓展考點(diǎn)考點(diǎn)探究動能定理應(yīng)注意的事項(xiàng)探究動能定理應(yīng)注意的事項(xiàng)深化拓展深化拓展考點(diǎn)探究動能定理應(yīng)注意的事項(xiàng)考點(diǎn)探究動能定理應(yīng)注意的事項(xiàng)1.平衡摩擦力平衡摩擦力:將木板一端墊高,使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。方法是輕推小車,由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否勻速運(yùn)動,從而找到木板合適的傾角。2.選點(diǎn)測速選點(diǎn)測速:測小車速度時(shí),紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的,對應(yīng)小車處于勻速運(yùn)動狀態(tài)。3.規(guī)格相同規(guī)格相同:橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的。力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可,不必計(jì)算出具體數(shù)值。1-1(2017北京理綜,21,18分)如圖1所示,用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車,使它在長木板上運(yùn)動,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動情況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實(shí)驗(yàn)。圖1(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是B(選填選項(xiàng)前的字母)。A.直流電源B.交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中,需要平衡摩擦力和其他阻力,正確操作方法是A(選填選項(xiàng)前的字母)。A.把長木板右端墊高B.改變小車的質(zhì)量在不掛重物且B(選填選項(xiàng)前的字母)的情況下,輕推一下小車。若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動,表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。A.計(jì)時(shí)器不打點(diǎn)B.計(jì)時(shí)器打點(diǎn)(3)接通電源,釋放小車,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn),將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。測得A、B、C各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3,如圖2所示。圖2實(shí)驗(yàn)中,重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中,拉力對小車做的功W=mgx2,打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v=。312xxT(4)以v2為縱坐標(biāo),W為橫坐標(biāo),利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2-W圖像。由此圖像可得v2隨W變化的表達(dá)式為 v2=kW,k=(4.55.0)m2s-2J-1。根據(jù)功與能的關(guān)系,動能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子;分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系,與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是質(zhì)量質(zhì)量。圖3(5)假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響,若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件,則從理論上分析,圖4中正確反映v2-W關(guān)系的是A。圖4312xxT答案答案(1)B(2)AB(3)mgx2(4)v2=kW,k=(4.55.0)m2s-2J-1質(zhì)量(5)A解析解析本題考查“探究動能定理”實(shí)驗(yàn)。(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源。(2)把長木板右端墊高,利用小車的重力沿斜面的分力平衡摩擦力和其他阻力;在不掛重物且計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的情況下,小車沿斜面能勻速運(yùn)動,表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。(3)W=Fs=mgx2,vB=。(4)由圖知,圖線為一條縱截距為零、斜率k=(4.55.0)m2s-2J-1的直線,其函數(shù)表達(dá)式為v2=kW。根據(jù)動能定理W=mv2得v2=W,故斜率k=,與質(zhì)量有關(guān)。(5)根據(jù)功能關(guān)系有W=(M+m)v2,所以v2=W,v2W,圖A正確。ACACt312xxT122m2m122Mm1-2探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。實(shí)驗(yàn)過程中有平衡摩擦力的步驟,并且設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功以整數(shù)倍增大,即分別為W0、2W0、3W0、4W0甲實(shí)驗(yàn)中首先通過調(diào)整木板傾斜程度平衡摩擦力,目的是C(填寫字母代號)。A.為了釋放小車后小車能做勻加速運(yùn)動B.為了增大橡皮筋對小車的彈力C.為了使橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功D.為了使小車獲得較大的動能圖乙是在正確操作情況下打出的一條紙帶,從中截取了測量小車最大速度所用的一部分,已知相鄰兩點(diǎn)打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s,則小車獲得的最大速度vm=1.22m/s(保留3位有效數(shù)字)。乙?guī)酌瑢W(xué)在實(shí)驗(yàn)中分別得到了若干組橡皮筋對小車做的功W與小車獲得的最大速度vm的數(shù)據(jù),并利用數(shù)據(jù)繪出了圖丙給出的四個(gè)圖像,你認(rèn)為其中正確的是D。丙答案答案C1.22D解析解析實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄亢贤饬ψ龉εc物體速度的關(guān)系,平衡摩擦力后,橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功。橡皮筋對小車做功,小車做加速度變化的加速運(yùn)動,當(dāng)勻速時(shí),速度最大,vm=m/s=1.22m/s。由W=m知W,D正確。22.44 100.02122mv2mv